La densidad de corriente crítica de campo baja y alta de MgB2 a granel los superconductores se pueden mejorar mediante una combinación de temperatura de procesamiento óptima y adición controlada (1% en peso) de Dy2 O3 y precursor de boro amorfo de tamaño nanométrico, encuentra un nuevo estudio realizado por investigadores de SIT, Japón. Crédito:Muralidhar Miryala de SIT, Japón
Los superconductores, materiales maravillosos cuya resistencia cae a cero por debajo de una temperatura crítica, son muy prometedores para satisfacer la creciente demanda de energía de la población mundial. Con aplicaciones potenciales en imágenes de resonancia magnética, resonancia magnética nuclear, administración de fármacos magnéticos, limitadores de corriente de falla, transporte (trenes Maglev) y cables, existe una gran motivación para descubrir y desarrollar superconductores de alta temperatura.
En este sentido, el diboruro de magnesio (MgB2 ), un superconductor de alta temperatura, ha recibido mucha atención debido a su bajo costo, peso ligero y fácil fabricación. Se postula que MgB2 tiene el potencial de reemplazar a los superconductores convencionales a base de niobio en aplicaciones prácticas de ingeniería. Sin embargo, MgB2 a granel sufre el problema de larga data de una densidad de corriente crítica insuficiente (la densidad de corriente por encima de la cual ya no es superconductora) en campos magnéticos altos. Esto, a su vez, limita en gran medida sus aplicaciones a gran escala.
Para abordar este problema, los investigadores han intentado agregar elementos externos en cantidades controladas, un proceso conocido como "dopaje", durante la síntesis de MgB2 a granel. , con poco o ningún éxito. Como afirma el profesor Muralidhar Miryala del Instituto de Tecnología de Shibaura (SIT), Japón:"Hasta ahora, los investigadores han intentado mejorar la densidad de corriente crítica del MgB2 a granel. dopando con carburo de silicio, otras fuentes de carbono, plata, metales de transición, etc. Sin embargo, una mayor mejora de la densidad de corriente crítica de MgB2 es crucial para varias aplicaciones industriales".
Sin embargo, no toda la esperanza está perdida. El equipo del Prof. Miryala logró demostrar que la sinterización de MgB2 a alrededor de 800 °C durante 3 horas en un entorno de argón puede conducir a un rendimiento superconductor superior. Esto se relacionó con la formación de una microestructura óptima en tales condiciones de procesamiento, que se reveló que desempeña un papel importante en la superconductividad de MgB2 .
En un estudio reciente publicado por primera vez el 7 de julio de 2022 en Advanced Engineering Materials , el equipo de la Prof. Miryala hizo otro gran avance. Descubrieron que la combinación de condiciones de sinterización óptimas con la adición controlada de óxido de disprosio y boro amorfo de tamaño nanométrico (Dy2 O3 ) mejoró la densidad de corriente crítica de campo alto (Jc ) de MgB2 así como su propio campo. El estudio incluyó al Prof. M.S. Ramachandra Rao del Instituto Indio de Tecnología Madrás (IITM), India, quien brindó apoyo para el programa de aprendizaje basado en proyectos globales (gPBL) en IITM, y contribuciones de K. Kitamoto, A. Sai Srikanth y M. Masato de SIT, D .Dhruba de IITM.
Lo que fue notable acerca de Dy2 O3 como dopante fue que casi no tuvo efecto sobre la temperatura de transición superconductora de MgB2 (que se mantuvo estable en torno a los 38 K).
Además, Dy2 O3 Además condujo a la formación de DyB4 nanopartículas, mejorando aún más la fijación de flujo en MgB2 límites de nano granos. Además, el uso del precursor de nano boro ayudó a crear MgB2 nano granos con fijación de flujo de límite de grano excepcional. Como resultado, se logró una densidad de corriente crítica superior.
Utilizando nanoboro amorfo como ingrediente inicial, el equipo cuantificó la cantidad precisa de Dy2 O3 que necesitaba ser agregado para mejorar significativamente Jc a granel MgB2 superconductores Mediante el análisis de la estructura y la composición con técnicas como la difracción de rayos X y la espectroscopia Raman, y las propiedades superconductoras del MgB2 a granel dopado , encontraron el Dy2 ideal O3 rango de dopaje entre 0,5 y 1,5 %.
Con estos hallazgos, el equipo está entusiasmado con las perspectivas futuras de MgB2 . "Estos resultados demuestran el potencial de Dy2 O3 dopaje junto con precursores de nanoboro en la producción de MgB2 a granel para aplicaciones superconductoras prácticas", dice el profesor Miryala. "Nuestra investigación se suma a la literatura existente sobre formas de mejorar Jc y podría allanar el camino para los superconductores a granel de la vida real, que son un faro para las tecnologías sostenibles". + Explore más
